WO2021015106A1 - 赤外線撮像レンズ - Google Patents

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WO2021015106A1
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WO
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lens
infrared imaging
image plane
imaging lens
glass
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PCT/JP2020/027759
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佳雅 松下
佐藤　史雄
信男 堀
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Nippon Electric Glass Co Ltd
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Nippon Electric Glass Co Ltd
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    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
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    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only

Definitions

  • the present invention relates to an infrared imaging lens.
  • Infrared cameras that shoot subjects in the far infrared region, especially in the wavelength region of about 8 to 14 ⁇ m, which is suitable for biological detection, are applied to surveillance cameras, security cameras, and in-vehicle night vision.
  • the infrared imaging lens applied to these infrared cameras is configured by using a lens made of a material having a relatively high transmittance in a wavelength region of 8 to 14 ⁇ m.
  • Germanium (Ge), silicon (Si), zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (ZnSe), and chalcogenide glass have been used as such materials.
  • the conventional chalcogenide glass has a refractive index of less than 2.8 in the far infrared region, which is smaller than that of these crystalline materials.
  • an infrared imaging lens with a wide angle of view which is particularly required for applications such as surveillance cameras and security cameras, can be used with low aberration or peripheral illumination. It was difficult to suppress the decrease and realize it.
  • One aspect of the present invention focuses on the above-mentioned problems, and in spite of having a wide angle of view, infrared rays in a far-infrared region having low aberration or suppressed decrease in peripheral illumination and having excellent performance.
  • the purpose is to realize an imaging lens.
  • the infrared imaging lens includes a first lens having a negative refractive power and a meniscus convex on the image plane side in order from the object side to the image plane side.
  • the second lens and the image plane side lens group having a positive refractive power are arranged, and the material of the first lens and the second lens has a refractive index of 2.8 or more at a wavelength of 10 ⁇ m. It is made of glass and has a structure in which a half angle of view is 60 ° or more.
  • an infrared imaging lens in the far infrared region having excellent performance, which has low aberration or suppressed decrease in peripheral illumination despite having a wide angle of view.
  • the infrared imaging lens 1 is a lens system that forms an image of a subject on an image plane S of an image sensor or the like, which corresponds to at least a wavelength region in the far infrared region.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the optical axis showing a schematic configuration of the infrared imaging lens 1.
  • the outline of the infrared imaging lens 1 is as follows.
  • the infrared imaging lens 1 is configured by arranging a first lens L1, a second lens L2, an aperture diaphragm A, and an image plane side lens group G in this order from the object side to the image plane side.
  • a parallel flat plate P is arranged between the image plane side lens group G and the image plane S.
  • the parallel flat plate P is an optical window loaded on the image plane side by hermetic sealing, and silicon, hypoxic silicon, or germanium is used. The material and thickness can be determined by which image sensor is used.
  • the image plane side lens group G is composed of a third lens L3 and a fourth lens L4 in order from the object side to the image plane side.
  • the first lens L1 to the fourth lens L4 move uniformly in the optical axis direction.
  • Antireflection (AR) coating is applied to the surfaces of the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, the fourth lens L4, and the parallel flat plate P.
  • Appropriate known techniques can be applied to the antireflection coating in such a far infrared region.
  • the first lens L1 has a negative refractive power and has a meniscus shape with a convex surface facing the object side.
  • the first lens L1 is an aspherical lens, the surface on the object side (first surface) is aspherical, and the surface on the image plane side (second surface) is spherical.
  • the second lens L2 has a positive refractive power and has a meniscus shape with a convex surface facing the image plane side.
  • the second lens L2 is an aspherical lens, its object-side surface (third surface) is aspherical, and its image plane-side surface (fourth surface) is aspherical.
  • the refractive power of the second lens L2 can be negative or zero.
  • the image plane side lens group G has a positive refractive power.
  • the third lens L3 is a biconvex lens having a positive refractive power.
  • the third lens L3 is an aspherical lens, the surface on the object side (sixth surface) is aspherical, and the surface on the image plane side (seventh surface) is spherical.
  • the fourth lens L4 has a positive refractive power and has a meniscus shape with a convex surface facing the image plane side.
  • the fourth lens L4 is an aspherical lens, its object-side surface (eighth surface) is spherical, and its image plane-side surface (nineth surface) is aspherical.
  • the infrared imaging lens 1 has the following characteristic configurations, particularly in the first lens L1 and the second lens L2. With such a characteristic configuration, in the wavelength band in the far infrared region, although the half angle of view ⁇ is larger than 60 °, the occurrence of aberration and the decrease in the amount of peripheral light are suppressed, and the good imaging characteristics are suppressed. Is realized. Preferably, the half angle of view ⁇ is as high as 80 ° or more.
  • the first lens L1 and the second lens L2 are made of a material made of glass having a refractive index of 2.8 or more at a wavelength of 10 ⁇ m and having light transmittance in a wavelength band of at least 8 to 14 ⁇ m in the far infrared region.
  • the first lens L1 and the second lens L2 have a refractive index of 3 or more at a wavelength of 10 ⁇ m. More preferably, the first lens L1 and the second lens L2 have a refractive index of 3.3 or more at a wavelength of 10 ⁇ m.
  • the materials of the first lens L1 and the second lens L2 are new glass having good light transmittance in the wavelength band in the far infrared region and a large refractive index, specifically chalcogenide. Glass is applied.
  • Calcogenide glass having such characteristics was newly developed by the applicants.
  • the method for producing the chalcogenide glass and the like will be described later.
  • infrared absorption edge wavelength and “internal transmittance” can be used as indicators indicating that the light transmittance is excellent in the far infrared region.
  • the infrared absorption edge wavelength means an absorption edge wavelength in a far infrared region having a wavelength of 8 ⁇ m or more, and is defined as a wavelength at which the light transmittance is 20% at a material thickness of 2 mm.
  • the internal transmittance refers to the transmittance inside the material and does not include the reflection loss on the surface of the material.
  • the infrared absorption edge wavelength of chalcogenide glass as a material constituting the first lens L1 and the second lens L2 is 20 ⁇ m or more. Therefore, the chalcogenide glass also transmits infrared rays having a wavelength exceeding 12 ⁇ m, and has good transmittance over at least a wavelength range of 8 to 14 ⁇ m.
  • the internal transmittance of the chalcogenide glass at a thickness of 2 mm is 90% or more at a wavelength of 12 ⁇ m.
  • the Abbe number of the chalcogenide glass is 180 to 300.
  • the Abbe number of the chalcogenide glass is 200 to 290.
  • a characteristic material having a relatively large Abbe number and easily reducing chromatic aberration is applied to the first lens L1 and the second lens L2.
  • the definition of the Abbe number in the present specification is described in the numerical examples described later.
  • the first lens L1 has a large refractive index of 2.8 or more and has a negative meniscus shape with a convex surface facing the object side, it is possible to collect light rays from the object side to a wide angle of view, and the half angle of view ⁇ is set.
  • An infrared imaging lens with a wide angle of view of 60 ° or more can be realized.
  • the half angle of view ⁇ can be 80 ° or more.
  • the second lens L2 has a large refractive index of 2.8 or more, and has a positive meniscus shape with a convex surface facing the image plane side. Therefore, a light beam having a large incident angle (peripheral part of the image plane) can be spread outward (the effective diameter of the fourth surface is larger than the effective diameter of the third surface), and vignetting of the luminous flux at the peripheral image height is reduced. , It is possible to suppress a decrease in the amount of ambient light.
  • the optical axis of the light beam incident on the third lens L3 is formed even though the half angle of view ⁇ is larger than 60 °.
  • the angle from is narrowed to the range of the standard lens.
  • the angle of the light ray incident on the third lens L3 from the optical axis can be up to about 40 °, and the occurrence of aberration can be suppressed as much as possible.
  • the combined refractive power of the first lens L1 and the second lens L2 is configured to be negative or zero.
  • the refractive index at a wavelength of 10 ⁇ m is less than 2.8, which is small. Therefore, with these materials, it has been difficult to realize an infrared imaging lens having a wide angle of view that sufficiently suppresses aberrations or suppresses a decrease in peripheral illumination.
  • the first lens L1 and the second lens L2 are made of chalcogenide glass that can be press-molded, aspherical lenses can be produced with good mass productivity.
  • the glass transition temperature of the first lens L1 and the second lens L2 is as low as 200 ° C. or less, and press molding is easier.
  • the glass transition temperature is preferably 180 ° C. or lower.
  • Aberrations are suppressed by using the first lens L1 and the second lens L2 as aspherical lenses. If an aspherical surface cannot be applied to these lenses, the lens configuration for suppressing aberration will be an increase in the number of lenses.
  • Image side lens group An aperture diaphragm A as a fifth surface is provided between the second lens L2 and the image plane side lens group G. Therefore, the height of the light beam incident on the image plane side lens group G can be lowered, and coma aberration can be suppressed.
  • the third lens L3 and the fourth lens L4 as specific examples in the first embodiment of the image plane side lens group G are also molded using the same chalcogenide glass as the first lens L1 and the second lens L2.
  • the third lens L3 and the fourth lens L4 can also be aspherical lenses, aberrations are effectively suppressed.
  • the image plane side lens group can be configured using Ge as a material, for example.
  • the image plane side lens group G is composed of two spherical lenses, the aberration becomes larger than that of the numerical embodiment 1.
  • Such a configuration may be used as long as it is an infrared image pickup lens corresponding to an image sensor having a pixel pitch larger than that of the numerical embodiment 1.
  • the image plane side lens group G is composed of three or more lenses, the aberration can be improved, but the configuration becomes complicated and the cost becomes high.
  • the image plane side lens group may be composed of one lens. In that case, the aberration becomes larger than that of the numerical embodiment 1.
  • Such a configuration may be used as long as it is an infrared image pickup lens compatible with an image sensor having a pixel pitch larger than that of the numerical embodiment 1.
  • Example 1 a numerical example of the infrared imaging lens 1 in Example 1 will be shown.
  • the cross-sectional view of the infrared imaging lens according to the numerical embodiment 1 is as shown in FIG.
  • the unit of length is (mm).
  • the * (asterisk) after the face number indicates that it is an aspherical surface.
  • the surface data, aspherical surface data, and various data are shown below.
  • aspherical shape is as follows: h: Height from the optical axis
  • R Radius of curvature of the apex
  • k Conical constant
  • FIG. 2 is an aberration diagram showing coma at each incident angle up to the maximum half angle of view of 91 °, divided into a tangential (meridional) direction and a sagittal (radical) direction.
  • FIG. 3 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion. As shown in FIGS. 2 and 3, according to the infrared imaging lens according to the numerical embodiment 1, various aberrations are satisfactorily corrected.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship of the peripheral illumination ratio to the incident angle of the infrared imaging lens of the numerical embodiment 1.
  • the peripheral illumination ratio refers to the ratio of the illuminance in a certain region to the region on the optical axis (center region of the image plane) on the image plane.
  • the peripheral illumination ratio at an incident angle of 91 ° is about 41%, which is sufficient.
  • Peripheral illumination is obtained.
  • the incident angle corresponding to the center of the left and right edges of the imaging surface is about 76 °.
  • FIG. 5 is a graph showing the spatial frequency dependence of the MTF (Modulation Transfer function). Further, FIG. 6 is a graph showing the incident angle dependence of the MTF. In FIGS. 5 to 7, the results in the tangier direction with respect to each incident angle are shown by solid lines, and the results in the sagittal direction are shown by broken lines.
  • the Nyquist frequency of an image sensor with a pixel pitch of 17 ⁇ m, which is generally used for the far infrared region, corresponds to 29.4 cycles / mm. When the spatial frequency was 29.4 cycles / mm, the MTF at the center of the imaging surface (incident angle 0 °) was 48%.
  • FIG. 7 is a graph showing the change in MTF with respect to focus movement.
  • the chalcogenide glass contains tellurium (Te), which is a chalcogen element, as an essential component.
  • Te is a component that forms a glass skeleton and enhances infrared transmittance.
  • the content (molar fraction) of Te is 20 to 90%. It is preferably 30 to 88%, 40 to 84%, 50 to 82%, and particularly preferably 60 to 80%.
  • Te selenium
  • S sulfur
  • the content of Se is preferably 0 to 40%, 0 to 20%, 0 to 10%, and 0 to 5%, and it is particularly preferable that the content is not substantially contained.
  • the content of S is preferably 0 to 40%, 0 to 20%, 0 to 10%, and 0 to 5%, and it is particularly preferable that the content of S is substantially not contained.
  • substantially not contained means that it is intentionally not contained in a raw material, and does not exclude contamination at an impurity level.
  • the content of each component is preferably less than 0.1%.
  • the contained components other than the above essential components are selected from the elements shown below, and are configured so that the content (mole fraction) of all the components of the chalcogenide glass is 100%.
  • Germanium (Ge) is a component that expands the vitrification range and enhances the thermal stability of glass without lowering the infrared transmittance.
  • the content of Ge is 0 to 50%. It is preferably 1 to 40%, 3 to 35%, 5 to 30%, 7 to 25%, and particularly preferably 10 to 20%. If the content of Ge is too large, Ge-based crystals tend to precipitate and the raw material cost tends to increase.
  • Gallium (Ga) is a component that expands the vitrification range and enhances the thermal stability of glass without lowering the infrared transmittance.
  • the content of Ga is 0 to 50%. It is preferably 1 to 30%, 2 to 20%, 3 to 15%, and particularly preferably 4 to 10%. If the content of Ga is too large, Ga-based crystals tend to precipitate and the raw material cost tends to increase.
  • Silver (Ag) is a component that enhances the thermal stability of glass.
  • the content of Ag is 0 to 50%. It is preferably more than 0 to 50%, 1 to 45%, 2 to 40%, 3 to 35%, 4 to 30%, 5 to 25%, and particularly preferably 5 to 20%. If the Ag content is too high, it becomes difficult to vitrify.
  • the content of Al + Ti + Cu + In + Sn + Bi + Cr + Sb + Zn + Mn (the total amount of Al, Ti, Cu, In, Sn, Bi, Cr, Sb, Zn and Mn) is 0 to 40%. It is preferably 2 to 35%, 4 to 30%, and particularly preferably 5 to 25%.
  • Al + Ti + Cu + In + Sn + Bi + Cr + Sb + Zn + Mn is too large, it becomes difficult to vitrify.
  • Fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), and iodine (I) are also components that enhance the thermal stability of glass.
  • the content of F + Cl + Br + I (the total amount of F, Cl, Br and I) is 0 to 40%. It is preferably 1 to 40%, 1 to 30%, 1 to 25%, and particularly preferably 1 to 20%.
  • I is preferable in that an elemental raw material can be used and the effect of enhancing the thermal stability of glass is particularly large.
  • Silicon (Si) is a component that enhances the thermal stability of glass.
  • the Si content is 0 to 50%. It is preferably more than 0 to 50%, 1 to 45%, 2 to 40%, 3 to 35%, 4 to 30%, 5 to 25%, and particularly preferably 5 to 20%. If the content of Si is too large, infrared absorption due to Si is likely to occur, and it becomes difficult for infrared rays to pass through.
  • the chalcogenide glass does not substantially contain cadmium (Cd), thallium (Tl) and lead (Pb).
  • the chalcogenide glass applied to the infrared imaging lens 1 of the present embodiment is produced as follows. First, the raw materials are mixed so as to have the above glass composition to obtain a raw material batch. Next, after vacuum exhausting the quartz glass ampoule while heating it, a raw material batch is put in and the quartz glass ampoule is sealed with an oxygen burner. Oxygen gas (O 2 ) may not be present in the quartz glass ampoule, and may be replaced with, for example, an inert gas. As the inert gas, it is preferable to use nitrogen gas (N 2 ) because it is inexpensive and highly safe.
  • the sealed quartz glass ampoule is heated to 650 to 1000 ° C. at a rate of 10 to 40 ° C./hour in a melting furnace, and then held for 6 to 12 hours. During the holding time, the quartz glass ampoule is turned upside down and the melt is agitated, if necessary.
  • the chalcogenide glass applied to the infrared imaging lens 1 of the present embodiment has good infrared transmission characteristics because these phenomena are suppressed and produced. Further, in the chalcogenide glass applied to the infrared imaging lens 1 of the present embodiment, a high refractive index of 2.8 or more is realized in combination with the fact that the chalcogenide glass is uniformly configured with a specific composition.
  • the quartz glass ampoule is taken out from the melting furnace and rapidly cooled to room temperature to produce chalcogenide glass.
  • the quartz glass ampoule can be melted without being sealed, and the chalcogenide glass can be continuously melted. Further, the inert gas may be bubbled in the molten glass. Since the glass can be agitated by bubbling, the homogenization of the glass can be promoted. As a result, the occurrence of pulse and the like can be suppressed.
  • the chalcogenide glass is put into the precision-processed mold and press-molded while heating until it becomes soft, and the surface shape of the mold is transferred to the chalcogenide glass. In this way, it is possible to manufacture a chalcogenide glass lens having a required shape to be applied to the infrared imaging lens 1.
  • FIG. 8 shows the evaluation results of chalcogenide glass (sample numbers 1 to 24) produced by the above manufacturing process with various raw material ratios.
  • FIG. 8 also shows the refractive index n10, the Abbe number ⁇ 10, and the infrared absorption edge wavelength.
  • chalcogenide glasses have a refractive index of 2.8 or more at a wavelength of 10 ⁇ m. These have actually demonstrated the realization of chalcogenide glass with a refractive index in the range of 3.24 to 3.92 and an Abbe number in the range of 230 to 285.
  • the infrared absorption edge wavelength of the chalcogenide glass was 24.1 ⁇ m or more, and the transmittance was good over at least the wavelength range of 8 to 14 ⁇ m.
  • the internal transmittance of the chalcogenide glass at a thickness of 2 mm was 90% or more at a wavelength of 12 ⁇ m.
  • the glass transition point of the chalcogenide glass was as small as 200 ° C. or less, and lens molding by press working was easy.
  • the chalcogenide glass more preferably applied to the infrared imaging lens 1 of the present embodiment has a refractive index of 3.3 or more.
  • a refractive index of 3.3 or more was obtained as a refractive index n10 at a wavelength of 10 ⁇ m.
  • Each sample except sample number 23 is an example of chalcogenide glass more preferably applied to the infrared imaging lens 1 of the present embodiment.
  • These have actually demonstrated the realization of chalcogenide glass with a refractive index in the range 3.32 to 3.92 and an Abbe number in the range 243 to 285.
  • the required properties are at least in the range of Ge content of 3 to 45%, at least in the range of Ga content of 2 to 17.5%, and at least in the range of I content of 0 to 5%. It was demonstrated that (refractive index of 3.3 or more) can be obtained.
  • the refractive index n10 at a wavelength of 10 ⁇ m was 2.585, which was less than 2.8.
  • the novel chalcogenide glass applied to the present invention has a very large refractive index as compared with the conventional chalcogenide glass.
  • the Abbe number is also appropriate. Therefore, a wide-angle infrared imaging lens 1 having good performance shown in FIGS. 2 to 7 has been realized.
  • the infrared imaging lens according to the first aspect of the present invention includes a first lens having a negative refractive power, a second lens having a meniscus convex on the image plane side, and a positive lens in order from the object side to the image plane side.
  • the image plane side lens group having a refractive power is arranged, and the material of the first lens and the second lens is glass having a refractive index of 2.8 or more at a wavelength of 10 ⁇ m and a half angle of view. It has a configuration that is 60 ° or more.
  • the infrared imaging lens according to the second aspect of the present invention may have a configuration in which the glass is chalcogenide glass in the first aspect. According to the above configuration, an infrared imaging lens having good light transmission can be realized in a wavelength band of at least 8 to 14 ⁇ m.
  • the infrared imaging lens according to the third aspect of the present invention may have a configuration in which the chalcogenide glass has a refractive index of 3.3 or more at a wavelength of 10 ⁇ m in the above aspect 2. According to the above configuration, the aberration can be suppressed better, or the decrease in the amount of peripheral light can be suppressed more.
  • the infrared imaging lens according to the fourth aspect of the present invention has a configuration in which the chalcogenide glass has a thickness of 2 mm and an infrared absorption edge wavelength of 20 ⁇ m or more so that the light transmittance is 20% in the above aspects 2 or 3. You may. According to the above configuration, a bright infrared imaging lens having good light transmission can be realized in a wavelength band of at least 8 to 14 ⁇ m.
  • the infrared imaging lens according to the fifth aspect of the present invention has a configuration in which the peripheral illumination ratio in the maximum angle-of-view region to the optical axis region on the image plane is 40% or more in any one of the above aspects 1 to 4. May be good. According to the above configuration, it is possible to realize an infrared imaging lens in the far infrared region in which a decrease in peripheral illumination is suppressed and good imaging characteristics are realized.
  • the infrared imaging lens according to the sixth aspect of the present invention may have a configuration in which the first lens is a meniscus lens convex toward the object in any one of the above aspects 1 to 5. According to the above configuration, it is possible to realize an infrared imaging lens in the far infrared region in which aberrations are well suppressed despite a wide angle of view.
  • the infrared imaging lens according to the seventh aspect of the present invention may have a configuration in which the first lens is an aspherical lens in any one of the above aspects 1 to 6. According to the above configuration, an infrared imaging lens in which aberrations are well suppressed can be realized with high productivity.
  • the infrared imaging lens according to the eighth aspect of the present invention may have a configuration in which the second lens is an aspherical lens in any one of the above aspects 1 to 7. According to the above configuration, an infrared imaging lens in which aberrations are well suppressed can be realized with high productivity.
  • the infrared imaging lens according to the ninth aspect of the present invention may have a configuration in which an aperture diaphragm is arranged between the second lens and the image plane side lens group in any one of the above aspects 1 to 8. .. According to the above configuration, the height of the light beam incident on the image plane side lens group can be lowered, and coma aberration can be suppressed.
  • the infrared imaging lens according to the tenth aspect of the present invention is the third lens having a positive refractive power in any of the above aspects 1 to 9, in which the image plane side lens group has a positive refractive power in order from the object side to the image plane side. And a fourth lens having a positive refractive power may be provided. According to the above configuration, the image plane side lens group is realized more concretely.
  • the infrared imaging lens according to the eleventh aspect of the present invention includes a first lens having a negative refractive power, a second lens having a meniscus convex on the image plane side, and a positive lens in order from the object side to the image plane side.
  • a third lens having a refractive power and a fourth lens having a positive refractive power are arranged and configured, and the materials of the first lens, the second lens, the third lens, and the fourth lens are: It is a glass having a refractive power of 2.8 or more at a wavelength of 10 ⁇ m, and has a structure in which a half-angle is 60 ° or more.
  • the image plane side lens group is realized more concretely, aberration is suppressed, and good imaging characteristics are realized in spite of a wide angle of view of 60 ° or more.
  • An infrared imaging lens in the far infrared region can be realized.
  • the infrared imaging lens according to the twelfth aspect of the present invention includes a first lens having a negative refractive power, a second lens having a meniscus convex on the image plane side, and a positive lens in order from the object side to the image plane side.
  • the image plane side lens group having a refractive power is arranged, and the material of the first lens and the second lens is glass having a refractive index of 2.8 or more at a wavelength of 10 ⁇ m, and the first lens.
  • the infrared imaging lens according to the thirteenth aspect of the present invention may have a configuration in which the glass transition temperature is 200 ° C. or less in any one of the above aspects 1 to 12. According to the above configuration, it is possible to realize an infrared imaging lens in the far infrared region, which can easily form a lens by press working, has excellent mass productivity, and can suppress aberrations due to aspherical formation.

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Abstract

広画角にも係わらず、収差等の性能に優れた遠赤外領域の赤外線撮像レンズを実現する。　赤外線撮像レンズ（１）は、物体側から像面側に向かって順に、負の屈折力の第１レンズ（Ｌ１）と、像面側に凸のメニスカスである第２レンズ（Ｌ２）と、正の屈折力の像面側レンズ群（Ｇ）とを配置し、第１レンズ及び第２レンズの材料は、波長１０μｍにおける屈折率が２．８以上のガラスであり、半画角が６０°以上である。

Description

赤外線撮像レンズ
　本発明は赤外線撮像レンズに関する。
　遠赤外領域、特に生体検知に適した約８～１４μｍの波長領域の赤外線で被写体を撮影する赤外線カメラが、監視カメラや防犯カメラ、車載用ナイトビジョンに応用されている。これらの赤外線カメラに適用される赤外線撮像用レンズは、８～１４μｍの波長領域での透過率が比較的高い材料からなるレンズを用いて構成される。
　そのような材料として、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、カルコゲナイドガラスが用いられてきた。
国際公開公報「ＷＯ２０１７／０９４７４４Ａ１」 国際公開公報「ＷＯ２０１８／１６３８３１Ａ１」
　Ｇｅ、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等の材料は、結晶系とも呼称され、レンズ成形のための加工性に劣る。特に、プレス成型（モールド成形）による加工ができないため、レンズが高コストとなる他、工業的に非球面レンズを大量生産することが困難である。
　その点カルコゲナイドガラスはプレス成型により非球面レンズを量産することが可能である。しかしながら、従来のカルコゲナイドガラスは、遠赤外領域における屈折率が２．８未満であり、これら結晶系の材料と比較すると小さい。
　そのため、結晶系の材料、従来のカルコゲナイドガラスのいずれを適用しても、特に監視カメラや防犯カメラ等の用途において求められている広画角の赤外線撮像レンズを、低収差で、あるいは周辺光量の低下を抑制して実現することが困難であった。
　本発明の一態様は、上記課題に着目したものであり、広画角であるにも係わらず、低収差の、あるいは周辺光量の低下が抑制された、性能に優れた遠赤外領域の赤外線撮像レンズを実現することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る赤外線撮像レンズは、物体側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第１レンズと、像面側に凸のメニスカスである第２レンズと、正の屈折力を有する像面側レンズ群と、を配置して構成され、前記第１レンズ及び前記第２レンズの材料は、波長１０μｍにおける屈折率が２．８以上のガラスであり、半画角が６０°以上である構成を備えている。
　本発明の一態様によれば、広画角であるにも係わらず、低収差の、あるいは周辺光量の低下が抑制された、性能に優れた遠赤外領域の赤外線撮像レンズを実現できる。
本発明の実施形態について、数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの概略構成を示す断面図である。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、コマ収差を示す収差図である。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、球面収差、非点収差、ディスト―ションを示す収差図である。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、周辺光量比の入射角依存性を示すグラフである。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、ＭＴＦの空間周波数依存性を示すグラフである。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、ＭＴＦの入射角依存性を示すグラフである。 本発明の数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの、ＭＴＦの焦点移動依存性を示すグラフである。 本発明の実施形態における、カルコゲナイドガラスの製造試験の結果（サンプルデータ）を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
　〔実施例１〕
　実施例１に係る赤外線撮像レンズ１は、少なくとも遠赤外領域の波長領域に対応した、イメージセンサ等の像面Ｓに被写体の像を結像するレンズ系である。図１は、赤外線撮像レンズ１の概略構成を示す、光軸に沿った断面図である。
　＜赤外線撮像レンズの概要＞
　赤外線撮像レンズ１の概要は以下の通りである。赤外線撮像レンズ１は、物体側から像面側に向かって順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、開口絞りＡ、像面側レンズ群Ｇが配置されて構成される。図１に示されるように、像面側レンズ群Ｇと像面Ｓとの間には、平行平板Ｐが配置されている。平行平板Ｐは像面側にハーメチックシーリングで装荷される光学ウィンドーであり、シリコン、低酸素シリコンまたはゲルマニウムが使用される。材質や厚みは、どのイメージセンサを採用するかで決めることができる。
　実施例１における具体例として、像面側レンズ群Ｇは、物体側から像面側に向かって順に、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とから構成される。フォーカシングの際には、第１レンズＬ１から第４レンズＬ４までが、一律に光軸方向に移動する。
　第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、平行平板Ｐの表面には、反射防止（ＡＲ）コーティングが施される。このような遠赤外領域における反射防止コーティングには適宜の公知技術が適用され得る。
　第１レンズＬ１は、負の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を備える。第１レンズＬ１は非球面レンズであり、その物体側の面（第１面）は非球面であり、像面側の面（第２面）は球面である。
　第２レンズＬ２は、正の屈折力を有し、像面側に凸面を向けたメニスカス形状を備える。第２レンズＬ２は非球面レンズであり、その物体側の面（第３面）は非球面であり、像面側の面（第４面）は非球面である。なお、第２レンズＬ２の屈折力は、負、または０とすることもできる。
　像面側レンズ群Ｇは、正の屈折力を有している。実施例１における具体例として、第３レンズＬ３は、正の屈折力を有した両凸レンズである。第３レンズＬ３は非球面レンズであり、その物体側の面（第６面）は非球面であり、像面側の面（第７面）は球面である。第４レンズＬ４は、正の屈折力を有し、像面側に凸面を向けたメニスカス形状を備える。第４レンズＬ４は非球面レンズであり、その物体側の面（第８面）は球面であり、像面側の面（第９面）は非球面である。
　＜第１レンズ及び第２レンズ＞
　赤外線撮像レンズ１は、特に第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２において以下の特徴的な構成を備えている。そのような特徴的な構成によって、遠赤外領域の波長帯において、半画角ωが６０°よりも大きいにも係わらず、収差の発生と周辺光量の低下が抑制された良好な結像特性が実現される。好ましくは、半画角ωは８０°以上にもなる。
　第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は、波長１０μｍにおける屈折率が２．８以上の、少なくとも８～１４μｍの遠赤外領域の波長帯において光透過性を有するガラスからなる材料で構成される。好ましくは、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は、波長１０μｍにおける屈折率が３以上である。より好ましくは、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は、波長１０μｍにおける屈折率が３．３以上である。屈折率の上限に関しては特に制限は無いが、現実的には４以下である。このように、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の材料には、遠赤外領域の波長帯において良好な光透過性を有して、屈折率が大きい、新規のガラス、具体的にはカルコゲナイドガラスが適用される。
　このような特徴を有するカルコゲナイドガラスは本出願人らにより新規に開発された。当該カルコゲナイドガラスを製造する方法等については後述する。
　カルコゲナイドガラスにおいて、遠赤外領域で光透過性が優れていることを示す指標として、「赤外吸収端波長」と「内部透過率」を用いることができる。ここで赤外吸収端波長とは、波長８μｍ以上の遠赤外領域における吸収端波長をいい、材料の厚み２ｍｍにおける光透過率が２０％となる波長で定義される。なお、内部透過率とは材料内部での透過率をいい、材料表面での反射損失は含まない。
　第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２を構成する材料としてのカルコゲナイドガラスは、赤外吸収端波長が２０μｍ以上である。従って、当該カルコゲナイドガラスは、波長１２μｍを超えるような赤外線をも透過し、少なくとも波長８～１４μｍの範囲に亘って透過率が良好である。また当該カルコゲナイドガラスの厚さ２ｍｍでの内部透過率は、波長１２μｍにおいて９０％以上である。
　当該カルコゲナイドガラスのアッベ数は１８０～３００である。好ましくは、当該カルコゲナイドガラスのアッベ数は２００～２９０である。このように、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２には、アッベ数が比較的大きく色収差を低減しやすい特徴的な材料が適用される。なお、本明細書におけるアッベ数については、後述の数値実施例にその定義が記載されている。
　第１レンズＬ１は屈折率が２．８以上と大きく、また物体側に凸面を向けた負メニスカス形状を備えるため、物体側から広い入射角までの光線を集めることができ、半画角ωが６０°以上の広画角の赤外線撮像レンズを実現できる。好ましくは半画角ωが８０°以上の構成とすることができる。
　また、第２レンズＬ２は屈折率が２．８以上と大きく、また像面側に凸面を向けた正メニスカス形状を備える。従って、入射角の大きい光線（像面周辺部）を外向きに広げることができ（第３面の有効径よりも第４面の有効径が大きい）、周辺像高における光束のケラレが減少し、周辺光量の低下を抑制することができる。
　第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２が、このような条件の基に構成されることにより、半画角ωが６０°よりも大きいにも係わらず、第３レンズＬ３に入射する光線の光軸からの角度が標準玉の範囲程度にまで狭められている。例えば半画角ωが９０°程度であれば、第３レンズＬ３に入射する光線の光軸からの角度は最大４０°程度とでき、極力収差の発生を抑制させることができる。好ましくは、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の合成の屈折力は負または０であるように構成される。
　遠赤外領域を透過する材料として用いられている、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）のような結晶系の材料では、プレス成型が不可能である。そのため、複雑な形状を有する非球面レンズを大量生産することが困難である。よって民生用の低コストの非球面レンズをこれら結晶系の材料で実現することは困難である。
　また、従来のカルコゲナイドガラスでは、波長１０μｍにおける屈折率が２．８未満であり小さい。よってこれらの材料では、十分に収差を抑制し、あるいは周辺光量の低下を抑制した広画角の赤外線撮像レンズを実現することは困難であった。
　一方、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は、プレス成型が可能なカルコゲナイドガラスを材料としているため、非球面レンズを量産性良く生産することができる。好ましくは、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２のガラス転移温度が２００℃以下と低く、プレス成型がより容易であるとよい。なお、好ましくは、ガラス転移温度は１８０℃以下にもなる。第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２を非球面レンズとすることにより、収差が抑制される。これらのレンズに非球面が適用し得ない場合、収差を抑制するためのレンズの構成は、レンズ枚数が増加したものとなってしまう。
　＜像面側レンズ群＞
　第２レンズＬ２と像面側レンズ群Ｇとの間には、第５面としての開口絞りＡが設けられる。そのため像面側レンズ群Ｇに入射する光線の高さを低くすることができ、コマ収差を抑制することができる。
　像面側レンズ群Ｇの実施例１における具体例としての第３レンズＬ３と第４レンズＬ４もまた第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２と同様のカルコゲナイドガラスを材料として成形されている。この場合、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４についても、非球面レンズとできるため、収差が有効に抑制される。
　なお、像面側レンズ群は、例えばＧｅを材料として構成することも可能である。その場合、非球面レンズを実現することが困難なため、像面側レンズ群Ｇを２枚の球面レンズで構成すると収差が数値実施例１のものよりも大きくなる。数値実施例１が対象とするよりも画素ピッチの大きいイメージセンサに対応する赤外線撮像レンズであれば、この様な構成でもよい。あるいは像面側レンズ群Ｇを３枚以上のレンズで構成すれば収差の改善は可能であるが、構成が複雑となり高コストとなる。
　また像面側レンズ群は、１枚のレンズで構成してもよい。その場合、収差が数値実施例１のものよりも大きくなる。数値実施例１が対象とするよりも画素ピッチの大きいイメージセンサに対応した赤外線撮像レンズであれば、この様な構成でもよい。
　＜数値実施例１＞
　次に、実施例１における赤外線撮像レンズ１の数値実施例を示す。数値実施例１に係る赤外線撮像レンズの断面図は、図１に示された通りである。数値実施例１において、ｒは曲率半径、ｄは光軸上の面間の距離、ＥＤは有効径（直径）を表す。長さの単位は（ｍｍ）である。面番号の数字の後の＊（アスタリスク）は非球面であることを表す。以下に、面データ、非球面データ、各種データを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　屈折率及びアッベ数の定義は以下の通りである：
　　屈折率ｎ８：波長８μｍにおける屈折率
　　屈折率ｎ１０：波長１０μｍにおける屈折率
　　屈折率ｎ１２：波長１２μｍにおける屈折率
 
　　アッベ数ν１０：　ν１０=(ｎ１０－１)／(ｎ８－ｎ１２)
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　非球面形状の定義は以下の通りである：
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　　ｈ：光軸からの高さ
　　Ｒ：頂点曲率半径
　　ｋ：円錐定数
　　An：ｎ次の非曲面係数（ｎ：４以上の偶数）
　　Ｚ：ｈにおける非球面上の点から非球面頂点の接平面までの距離
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 　次に、数値実施例１の赤外線撮像レンズの諸性能を示す。図２は、最大半画角である入射角９１°までの、各入射角におけるコマ収差を、タンジェンシャル（メリジオナル）方向とサジタル（ラジカル）方向に分けて示す収差図である。図３は、球面収差、非点収差、ディストーションを示す収差図である。図２及び図３に示されるように、数値実施例１に係る赤外線撮像レンズによれば、諸収差が良好に補正されている。
　図４は、数値実施例１の赤外線撮像レンズの、入射角に対する周辺光量比の関係を示したグラフである。ここで周辺光量比とは、像面において光軸上領域（像面中央領域）に対する、ある領域での照度の比をいう。図４に示されるように、最大半画角９１°にもなる赤外線撮像レンズであるにもかかわらず、入射角９１°（最大画角領域）での周辺光量比が約４１％と、十分な周辺光量が得られている。なお、一般的な縦横比３：４の赤外線用イメージセンサを用いると、撮像面左右端中央に相当する入射角は約７６°である。そこでの周辺光量比は約５２％となる。
　図５は、ＭＴＦ（Modulation Transfer function）の空間周波数依存性を示したグラフである。また図６は、ＭＴＦの入射角依存性を示したグラフである。なお、図５から図７においては、各入射角に関するタンジェンシャル方向についての結果が実線で、サジタル方向の結果が破線で示されている。遠赤外領域用として一般的な画素ピッチ１７μｍのイメージセンサのナイキスト周波数は２９．４ｃｙｃｌｅ／ｍｍに対応する。空間周波数２９．４ｃｙｃｌｅ／ｍｍの時に、撮像面中央（入射角０°）でのＭＴＦが４８％となった。
　最大半画角９１°にもなる赤外線撮像レンズであるにもかかわらず、入射角９１°でのＭＴＦがサジタル方向とタンジェンシャル方向の平均として２３％となった。撮像面左右端中央（入射角は約７６°）において空間周波数２９．４ｃｙｃｌｅ／ｍｍでのＭＴＦがサジタル方向とタンジェンシャル方向の平均として２９％となった。このように最大半画角９１°にもなる広画角の赤外線撮像レンズにも係わらず、良好なＭＴＦが得られている。図７は、焦点移動に対するＭＴＦの変化を示したグラフである。
　＜カルコゲナイドガラス＞
　次に、本実施形態の赤外線撮像レンズ１に適用されるカルコゲナイドガラスについて説明する。
　当該カルコゲナイドガラスは、必須成分として、カルコゲン元素であるテルル（Ｔｅ）を含有する。Ｔｅはガラス骨格を形成し、赤外線透過率を高める成分である。Ｔｅの含有量（モル分率）は２０～９０％である。好ましくは、３０～８８％、４０～８４％、５０～８２％であり、特に６０～８０％であることが好ましい。
　Ｔｅの含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなり、赤外線透過率が低下しやすくなる。一方、Ｔｅの含有量が多すぎるとガラスの熱的安定性（ガラス化の安定性）が低下しやすく、またＴｅ系の結晶が析出しやすくなる。なお、他のカルコゲン元素であるセレン（Ｓｅ）や硫黄（Ｓ）は、Ｔｅより赤外線透過率を向上させにくく、赤外吸収端波長が短くなりやすい。
　そのため、Ｓｅの含有量は０～４０％、０～２０％、０～１０％、０～５％であることが好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。また、Ｓの含有量は０～４０％、０～２０％、０～１０％、０～５％であることが好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。なお、本明細書において、「実質的に含有しない」とは、意図的に原料中に含有させないという意味であり、不純物レベルの混入を排除するものではない。客観的には、各成分の含有量が０．１％未満であることが好ましい。
　上記必須成分以外の含有成分は、以下に示す元素の中から選択され、当該カルコゲナイドガラスの全成分の含有量（モル分率）が１００％になるように構成される。
　ゲルマニウム（Ｇｅ）は赤外線透過率を低下させることなく、ガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高める成分である。Ｇｅの含有量は０～５０％である。好ましくは、１～４０％、３～３５％、５～３０％、７～２５％であり、特に１０～２０％であることが好ましい。Ｇｅの含有量が多すぎると、Ｇｅ系の結晶が析出しやすくなるとともに、原料コストが高くなる傾向がある。
　ガリウム（Ｇａ）は赤外線透過率を低下させることなく、ガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性を高める成分である。Ｇａの含有量は０～５０％である。好ましくは、１～３０％、２～２０％、３～１５％、特に４～１０％であることが好ましい。Ｇａの含有量が多すぎると、Ｇａ系の結晶が析出しやすくなるとともに、原料コストが高くなる傾向がある。
　銀（Ａｇ）は、ガラスの熱的安定性を高める成分である。Ａｇの含有量は０～５０％である。好ましくは、０超～５０％、１～４５％、２～４０％、３～３５％、４～３０％、５～２５％、特に５～２０％であることが好ましい。Ａｇの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。
　アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、クロム（Ｃｒ）、アンチモン（Ｓｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）は赤外線透過特性を低下させることなく、ガラスの熱的安定性を高める成分である。Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｃｒ＋Ｓｂ＋Ｚｎ＋Ｍｎの含有量（Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｚｎ及びＭｎの合量）は０～４０％である。好ましくは、２～３５％、４～３０％であり、特に５～２５％であることが好ましい。
　Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｃｕ＋Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ｃｒ＋Ｓｂ＋Ｚｎ＋Ｍｎの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。なかでもガラスの熱的安定性を高める効果が特に大きいという点でＡｌ、Ｃｕ、及び／またはＳｎを使用することが好ましい。
　フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）もガラスの熱的安定性を高める成分である。Ｆ＋Ｃｌ＋Ｂｒ＋Ｉの含有量（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの合量）は０～４０％である。好ましくは、１～４０％、１～３０％、１～２５％であり、特に１～２０％であることが好ましい。
　Ｆ＋Ｃｌ＋Ｂｒ＋Ｉの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなるとともに、耐候性が低下しやすくなる。なかでもＩは、元素原料を使用可能であり、ガラスの熱的安定性を高める効果が特に大きいという点で好ましい。
　シリコン（Ｓｉ）は、ガラスの熱的安定性を高める成分である。Ｓｉの含有量は０～５０％である。好ましくは０超～５０％、１～４５％、２～４０％、３～３５％、４～３０％、５～２５％、特に５～２０％であることが好ましい。Ｓｉの含有量が多すぎると、Ｓｉ起因の赤外吸収が発生しやすくなり、赤外線が透過しにくくなる。
　また、当該カルコゲナイドガラスは、カドミウム（Ｃｄ）、タリウム（Ｔｌ）及び鉛（Ｐｂ）を実質的に含有しないことが好ましい。
　本実施形態の赤外線撮像レンズ１に適用されるカルコゲナイドガラスは以下のように作製される。はじめに、上記のガラス組成となるように、原料を混合し、原料バッチを得る。次に、石英ガラスアンプルを加熱しながら真空排気した後、原料バッチを入れ、酸素バーナーで石英ガラスアンプルを封管する。石英ガラスアンプル中には酸素ガス（Ｏ２）が存在しなければよく、例えば、不活性ガスに置き換えてもよい。不活性ガスとしては、安価で安全性が高いという理由から、窒素ガス（Ｎ２）を用いることが好ましい。
　次に、封管された石英ガラスアンプルを溶融炉内で１０～４０℃／時間の速度で６５０～１０００℃まで昇温後、６～１２時間保持する。保持時間中、必要に応じて、石英ガラスアンプルの上下を反転し、溶融物を攪拌する。
　このように、石英ガラスアンプル中には酸素ガス（Ｏ２）が存在しない状態で溶融することで、遠赤外領域に吸収ピークを持つＧｅ－Ｏ結合（１３．０μｍ）、Ｓｅ－Ｏ結合（１１．０μｍ）、Ａｓ－Ｏ結合（１２．７μｍ）、Ｓｉ－Ｏ結合（８．９μｍ、１４．２μｍ）、Ｇａ－Ｏ結合（１７．５μｍ）等が生じにくいため、赤外線透過率の低下を抑制しやすい。
　また、カルコゲナイドガラス中に酸素（Ｏ）が取り込まれると、脈理やＧａ酸化物等の酸化物のブツが生成しやすくなる。このような脈理やブツも赤外線透過特性の低下を引き起こす。しかし、本実施形態の赤外線撮像レンズ１に適用されるカルコゲナイドガラスは、これらの現象が抑止されて生成されることで赤外線透過特性が良好である。また、本実施形態の赤外線撮像レンズ１に適用されるカルコゲナイドガラスでは、特定の組成で均一に構成されていることと相まって、２．８以上の高い屈折率が実現される。
　続いて、石英ガラスアンプルを溶融炉から取り出し、室温まで急冷することによりカルコゲナイドガラスを作製する。
　なお、溶融炉内を不活性ガス雰囲気にすれば、石英ガラスアンプルを封管せずに溶融することができ、カルコゲナイドガラスを連続溶融することが可能になる。また、溶融ガラス中に不活性ガスをバブリングしても構わない。バブリングすることによりガラスを攪拌できるため、ガラスの均質化を促進できる。その結果、脈理等の発生を抑制できる。
　次に、精密加工を施した金型中にカルコゲナイドガラスを投入して軟化状態となるまで加熱しながらプレス成型し、金型の表面形状をカルコゲナイドガラスに転写させる。このようにして、赤外線撮像レンズ１に適用される所要の形状のカルコゲナイドガラスレンズを作製することが可能である。
　図８は、種々の原料比率で上記製造工程により製造された、カルコゲナイドガラス（サンプル番号１～２４）の評価結果を示す。図８には、屈折率ｎ１０、アッベ数ν１０、赤外吸収端波長が併せて示されている。
　これらのカルコゲナイドガラスは、波長１０μｍにおける屈折率が２．８以上である。これらによって、３．２４～３．９２の範囲の屈折率と、２３０～２８５の範囲のアッベ数を有するカルコゲナイドガラスの実現が現に実証された。
　当該カルコゲナイドガラスの赤外吸収端波長は２４．１μｍ以上であり、少なくとも波長８～１４μｍの範囲に亘っては透過率が良好であった。また当該カルコゲナイドガラスの厚さ２ｍｍでの内部透過率は、波長１２μｍにおいて９０％以上であった。当該カルコゲナイドガラスのガラス転移点は２００℃以下であり小さく、プレス加工によるレンズ成形が容易であった。
　また、本実施形態の赤外線撮像レンズ１に、より好ましく適用されるカルコゲナイドガラスは、屈折率が３．３以上である。図８におけるサンプル番号１～２４のサンプルのうち、サンプル番号２３を除いて、波長１０μｍにおける屈折率ｎ１０として３．３以上が得られた。
　サンプル番号２３を除く各サンプルは、それぞれが本実施形態の赤外線撮像レンズ１に、より好ましく適用されるカルコゲナイドガラスの一例である。これらによって、３．３２～３．９２の範囲の屈折率と、２４３～２８５の範囲のアッベ数を有するカルコゲナイドガラスの実現が現に実証された。この場合には、少なくともＧｅの含有量が３～４５％の範囲、少なくともＧａの含有量が２～１７．５％の範囲、少なくともＩの含有量が０～５％の範囲で、所要の特性（屈折率３．３以上）が得られることが実証された。
　特許文献２の赤外線撮像レンズに適用される従来技術のカルコゲナイドガラスでは、波長１０μｍにおける屈折率ｎ１０が２．５８５と２．８未満であった。このように本発明に適用される新規のカルコゲナイドガラスは、従来のカルコゲナイドガラスと比較すると、その屈折率が非常に大きい。またアッベ数も適当である。そのため、図２～７に示される良好な性能を有する広画角の赤外線撮像レンズ１が実現された。
　〔まとめ〕
　本発明の態様１に係る赤外線撮像レンズは、物体側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第１レンズと、像面側に凸のメニスカスである第２レンズと、正の屈折力を有する像面側レンズ群と、を配置して構成され、前記第１レンズ及び前記第２レンズの材料は、波長１０μｍにおける屈折率が２．８以上のガラスであり、半画角が６０°以上である、構成を備えている。
　上記の構成によれば、半画角６０°以上の広画角にも係わらず、収差が抑制され、または周辺光量の低下が抑制された良好な結像特性が実現された遠赤外領域の赤外線撮像レンズが実現できる。
　本発明の態様２に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１において、前記ガラスが、カルコゲナイドガラスである構成を備えていてもよい。上記の構成によれば、少なくとも８～１４μｍの波長帯で光透過性の良好な赤外線撮像レンズが実現できる。
　本発明の態様３に係る赤外線撮像レンズは、上記態様２において、前記カルコゲナイドガラスは、波長１０μｍにおける屈折率が３．３以上である構成を備えていてもよい。上記の構成によれば、より良好に収差が抑制され、または周辺光量の低下がより抑制され得る。
　本発明の態様４に係る赤外線撮像レンズは、上記態様２または３において、前記カルコゲナイドガラスは、厚み２ｍｍでの光透過率が２０％となる赤外吸収端波長が２０μｍ以上である構成を備えていてもよい。上記の構成によれば、少なくとも８～１４μｍの波長帯域で光透過性の良好な、明るい赤外線撮像レンズが実現できる。
　本発明の態様５に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から４のいずれかにおいて、像面において光軸上領域に対する最大画角領域での周辺光量比が４０％以上である構成を備えていてもよい。上記の構成によれば、周辺光量の低下が抑制され、良好な結像特性が実現された遠赤外領域の赤外線撮像レンズが実現できる。
　本発明の態様６に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から５のいずれかにおいて、前記第１レンズは物体側に凸のメニスカスレンズである構成を備えていてもよい。上記の構成によれば、広画角にもかかわらず、良好に収差が抑制された遠赤外領域の赤外線撮像レンズが実現できる。
　本発明の態様７に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から６のいずれかにおいて、前記第１レンズは非球面レンズである構成を備えていてもよい。上記の構成によれば、良好に収差が抑制された赤外線撮像レンズが、生産性良く実現できる。
　本発明の態様８に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から７のいずれかにおいて、前記第２レンズは非球面レンズである構成を備えていてもよい。上記の構成によれば、良好に収差が抑制された赤外線撮像レンズが、生産性良く実現できる。
　本発明の態様９に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から８のいずれかにおいて、前記第２レンズと前記像面側レンズ群との間に開口絞りが配置される構成を備えていてもよい。上記の構成によれば、像面側レンズ群に入射する光線の高さを低くすることができ、コマ収差を抑制することができる。
　本発明の態様１０に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から９のいずれかにおいて、前記像面側レンズ群は、物体側から像面側に向かって順に、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとを備えていてもよい。上記の構成によれば、像面側レンズ群がより具体的に実現される。
　本発明の態様１１に係る赤外線撮像レンズは、物体側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第１レンズと、像面側に凸のメニスカスである第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、を配置して構成され、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズの材料は、波長１０μｍにおける屈折率が２．８以上のガラスであり、半画角が６０°以上である構成を備えている。
　上記の構成によれば、像面側レンズ群がより具体的に実現されており、半画角６０°以上の広画角にも係わらず、収差が抑制され、良好な結像特性が実現された遠赤外領域の赤外線撮像レンズが実現できる。
　本発明の態様１２に係る赤外線撮像レンズは、物体側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第１レンズと、像面側に凸のメニスカスである第２レンズと、正の屈折力を有する像面側レンズ群と、を配置して構成され、前記第１レンズ及び前記第２レンズの材料は、波長１０μｍにおける屈折率が２．８以上のガラスであり、前記第１レンズは物体側に凸のメニスカスレンズである構成を備えている。
　上記の構成によれば、良好に収差が抑制され、周辺光量の低下が抑制された良好な結像特性が実現された遠赤外領域の赤外線撮像レンズが実現できる。
　本発明の態様１３に係る赤外線撮像レンズは、上記態様１から１２のいずれかにおいて、前記ガラスは、ガラス転移温度が２００℃以下である構成を備えていてもよい。上記の構成によれば、容易にプレス加工によりレンズ成形が可能であり、量産性に優れ、また非球面化による収差の抑制が可能な遠赤外領域の赤外線撮像レンズが実現できる。
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、明細書中にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、明細書中にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
　１　赤外線撮像レンズ
　Ｌ１　第１レンズ
　Ｌ２　第２レンズ
　Ａ　開口絞り
　Ｇ　像面側レンズ群
　Ｌ３　第３レンズ
　Ｌ４　第４レンズ
　Ｐ　平行平板
　Ｓ　像面

Claims (13)

  1. 　物体側から像面側に向かって順に、
    　負の屈折力を有する第１レンズと、
    　像面側に凸のメニスカスである第２レンズと、
    　正の屈折力を有する像面側レンズ群と、を配置して構成され、
    　前記第１レンズ及び前記第２レンズの材料は、波長１０μｍにおける屈折率が２．８以上のガラスであり、
    　半画角が６０°以上である、赤外線撮像レンズ。
  2. 　前記ガラスが、カルコゲナイドガラスである、請求項１に記載の赤外線撮像レンズ。
  3. 　前記カルコゲナイドガラスは、波長１０μｍにおける屈折率が３．３以上である、請求項２に記載の赤外線撮像レンズ。
  4. 　前記カルコゲナイドガラスは、厚み２ｍｍでの光透過率が２０％となる赤外吸収端波長が２０μｍ以上である、請求項２または３に記載の赤外線撮像レンズ。
  5. 　像面において光軸上領域に対する最大画角領域での周辺光量比が４０％以上である、請求項１から４のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。
  6. 　前記第１レンズは物体側に凸のメニスカスレンズである、請求項１から５のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。
  7. 　前記第１レンズは非球面レンズである、請求項１から６のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。
  8. 　前記第２レンズは非球面レンズである、請求項１から７のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。
  9. 　前記第２レンズと前記像面側レンズ群との間に開口絞りが配置される、請求項１から８のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。
  10. 　前記像面側レンズ群は、物体側から像面側に向かって順に、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、を備える請求項１から９のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。
  11. 　物体側から像面側に向かって順に、
    　負の屈折力を有する第１レンズと、
    　像面側に凸のメニスカスである第２レンズと、
    　正の屈折力を有する第３レンズと、
    　正の屈折力を有する第４レンズと、を配置して構成され、
    　前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズの材料は、波長１０μｍにおける屈折率が２．８以上のガラスであり、
    　半画角が６０°以上である、赤外線撮像レンズ。
  12. 　物体側から像面側に向かって順に、
    　負の屈折力を有する第１レンズと、
    　像面側に凸のメニスカスである第２レンズと、
    　正の屈折力を有する像面側レンズ群と、を配置して構成され、
    　前記第１レンズ及び前記第２レンズの材料は、波長１０μｍにおける屈折率が２．８以上のガラスであり、
    　前記第１レンズは物体側に凸のメニスカスレンズである、赤外線撮像レンズ。
  13. 　前記ガラスは、ガラス転移温度が２００℃以下である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の赤外線撮像レンズ。
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